Tarmbakterier og vår helse.

Vi har utallige bakterier i våre tarmer: det er flere bakterier i tarmen vår enn vi har celler i vår egen kropp. De fleste bakteriene finnes i tykktarmen. I de senere årene har en blitt oppmerksom på at endringer i tarmens bakterieflora kan føre til blant annet overvekt og fedme, sukkersyke og hjertekarsykdommer. Hva er mekanismen bak endringene i vårt stoffskifte som gir oss mer av disse metabolske sykdommene? Det er sykdommer som henger sammen med et såkalt «vestlig» kosthold?

Bakteriene i tykktarmen danner en rekke nedbrytningsstoffer eller metabolitter som kan absorberes av kroppen vår. Det er metabolitter av gallesyrer, av vitaminer og av fettstoffer som kommer ned til tykktarmen. Her omdannes også ufordøyd stivelse fra korn og grønnsaker til stoffer som bakteriene kan leve av, og som de bruker til sin formering. De fleste av disse nedbrytningsproduktene er korte fettsyrer, som eddiksyre og smørsyre.  Det meste av dette bruker tarmbakteriene selv. Men noen av disse nedbrytningsproduktene kommer fra tykktarmen via blodet over i kroppen. Er det noen av disse produktene fra tarmbakteriene som påvirker kroppens stoffskifte slik at metabolske sykdommer lettere opptrer? Kan det være at bakterienes stoffskifteprodukter påvirker vertsorganismens gener?

Vårt arveapparat, det såkalte genom, er i cellekjernene organisert i en komprimert struktur som kalles kromatin. I kromatinet finnes det proteiner som kalles histoner. Disse fungerer nærmest som spoler som det meget lange genomet kan snurres opp på og pakkes effektivt. Her ligger genene nærmest gjemt, og de er inaktive. Men histonene kan påvirkes av kjemiske stoffer, og dette kan føre til at gener blir blottlagte og dermed kan de aktiveres. En slik aktivering av genene kan føre til produksjon av proteiner som kan ha metabolske effekter.

Krautkramer og medarbeidere (1) har testet hypotesen eller ideen om at enkelte av de stoffskifteproduktene som blir dannet av bakteriene i tykktarmen, kjemisk kan reagere med histoner, og derved via endret genaktivitet sette i gang produksjon av stoffer som har en virkning på kroppens metabolisme. Kanskje er det via denne veien at tarmbakteriene endrer vårt stoffskifte?

De fant at stoffskifteprodukter, vesentlig korte fettsyrer (maursyre og eddiksyre), fra mikrobene i tykktarmen reagerte kjemisk med histoner. Denne prosessen var avhengig av hva slags kosthold som forsøksdyrene hadde.

Forskerne fant at mange av de kjemiske endringene (metylering eller acetylering) som fant sted i histonene hos rotter som sto på en vanlig rottediett med mye av komplekse karbohydrater, ikke fant sted om dyrene ble gitt et kosthold som liknet mer på det «vestlige» kostholdet. De fant at bakterieproduktene påvirket det genetiske apparatet i flere typer vev, både lever, tarm og fettvev.

Videre fant de at forsøksdyr som ikke hadde bakterier i sin tarm ikke fikk endringer i sitt kromatin og sine histoner, men de fikk dette dersom de fikk tilført samme type korte fettsyrer som bakteriene normalt danner i tykktarmen.

Forskerne avslutter sin korte, men meget viktige vitenskapelige rapport med å postulere at deres funn vil ha stor betydning for å forstå den komplekse funksjonelle interaksjon det er mellom kostholdet, tykktarmens bakterier og vår helse. Og det er jeg helt enig i! Dette er interessent forskning av høyeste klasse.

  1. A. Krautkramer og medarbeidere: Diet-Microbiota Interactions Mediate Global Epigenetic Programming in Multiple Host Tissues. In Molecular Cell 64, 982-992, December 1, 2016.

 

Hilsen

Kaare R. Norum

Arv og miljø: genetikk og epigenetikk. Sult og fedme, eller hvordan miljøet kan endre hva vi arver.

Da den genetiske koden var klarlagt, trodde man at DNA bestemte alt man arvet etter sine foreldre. DNA var der en gang for alltid i vår kropp, i alle våre celler og kunne ikke endres, mente man. Men etter hvert som den genetiske forskning skred fremover, skjønte man at DNA kunne endres ved små påplussinger av visse kjemiske strukturer (metyleringer av nukleinsyrer eller acetylering av histonproteiner som DNA er kveilet rundt), og at disse endringene hadde betydning for hvordan genene styrte produksjonene av de ulike cellers proteiner.
Man ble klar over dette hos eneggede tvillinger, som ved fødselen hadde akkurat det samme arvematerialet, altså helt lik DNA. Men voksne eneggede tvillinger har ikke helt likt DNA lengre, det har skjedd noe ettersom tiden har gått. DNA har blitt kjemisk endret f.eks ved en metylering av en eller flere av nukleinsyrene i DNA. Vi kaller disse endringene for epigenetiske. Epigenetikk er med andre ord læren om hvordan miljøet kan endre geners uttrykk uten at dette fører til endringer i selve arvestoffet, DNA.
Slike endringer kan skje i alle kroppens celler, og vil kunne overføres fra celle til celle gjennom celledelinger i kroppen gjennom hele livet. Men de kan også overføres til neste generasjon ved at kjønnscellene er blitt epigenetisk endret.
Et historisk eksempel på en slik epigenetisk arv har man sett hos etterkommerne etter kvinner som var gravide under den store hungerkatastrofen, som fant sted i vinteren 1944 i det naziokkuperte Nederland. Kvinner som var i de to siste trimestrene av sin graviditet denne hunger-vinteren fødte, ikke uventet, barn med lav fødselsvekt og en dårlig neonatal helse. En oppfølging av disse barna etter 20-30 år viste at de hadde langt høyere frekvens av overvekt, fedme og metabolsk syndrom enn barn som var født under normale omstendigheter av normalvektige kvinner. Videre er det interessent at barn av denne neste generasjonen også har dårligere fysisk og psykisk helse enn normalbefolkningen. Vi finner altså negative helseeffekter hos barnebarna etter bestemors sult i 1944. Dette er beskrevet, sammen med en rekke andre eksempler på epigenetisk arv, i en interessent populærvitenskapelig bok av Richard C. Francis (1).
Men det er ikke bare underernæring som kan føre til epigenetiske endringer. Fra dansk hold har vi nylig fått en interessent publikasjon. En gruppe fra Universitetet i København (2) har funnet forskjeller i spermienes genom hos magre og fete menn!
Det danske forskerteamet undersøkte 24 menn mellom 24 og 40 år og klassifiserte dem som normalvektige (BMI 20-25) eller fete (BMI over 30). Sæden fra hver mann ble undersøkt med hensyn til metylering av DNA. De fant en tydelig (signifikant) forskjell i metyleringsgraden av DNA hos de normale og fete menn i mere enn 9 000 gener. Blant disse 9000 var det 274 gener som hadde med regulering av appetitten å gjøre.
De danske forskerne fikk også sædprøver fra seks meget fete menn (BMI over 33.8) før og etter de hadde gjennom gått en fedmeoperasjon. De fikk prøver både etter en uke og ett år postoperativt. Analysene av sædcellene viste at vel 1500 gener hadde endret metyleringsmønster en uke etter operasjonen. Antallet gener som var endret etter ett år, var nesten 4000!
Disse danske undersøkelsene viser at fete menn har epigenetiske endringer i sine sædceller som meget mulig kan overføres til deres barn, og dermed kanskje påvirke deres spisevaner.

Vi vet at barn av fete foreldre har en tydelig tendens til selv å bli overvektige eller fete. Dette kan både være en ren genetisk effekt, men også en epigenetisk arv.
Vi nærmer oss jul med glede både rundt fete julebord og i varme senger i de lange vinternetter. Jeg har ikke sett noen undersøkelser som viser at barn født i september blir mer overvektige enn barn som ikke er unnfanget ved juletider. Kanskje noen unge forskere vil ta opp denne epigenetiske problemstillingen?
Hilsen fra

Kaare R. Norum
(1) R.C. Francis : Epigenetics. The ultimate mystery of inheritance. 234 s. New York: W.W. Norton 2011
(2) I. Donkin et al. : Obesity and bariatric surgery drive epigenetic variation of spermatozoa in humans. Cell Metabolism, doi:10.1016/j.cmet.2015.11.004,2015